[发明专利]搅拌摩擦焊弧形纹间距的图像识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械加工技术，尤其是一种搅拌摩擦焊技术，具体地说是一种搅拌摩擦焊弧形纹间距的图像识别方法。 

背景技术

搅拌摩擦焊（FSW）于90年代初发源于英国，主要工作原理是通过圆柱形搅拌头伸入工件的接缝处，通过高速旋转产生的摩擦热使接缝处材料升温软化，同时通过圆柱搅拌头旋转的搅拌作用使两侧材料相互粘结，搅拌头沿着焊缝移动最终达到焊接的效果。 

搅拌摩擦焊相对于其它经典焊接方法有较多鲜明的特点，其焊接过程不需要其它焊接材料而是焊件直接相连，而在其焊缝表面则会形成一系列的沿着焊缝方向平行的曲线形纹路称之为弧形纹。 

对于弧形纹而言，其弧度和间距是其两个重要的特征参数。其中弧形纹弧度主要与搅拌头轴肩半径有关，而半径则受到较多参数的影响，如：搅拌头移动速度、搅拌头旋转速度、轴肩与焊接材料间的摩擦系数以及焊接材料等，由此可见弧形纹间距反映着搅拌摩擦焊过程中主要参数的变化，而据申请人所知对于弧形纹参数的检测目前尚未有学者对其进行研究，因此，发明一种搅拌摩擦焊弧形纹间距识别的方法已成为当务之急，其对研究搅拌摩擦焊过程有着重要的现实意义。 

发明内容

本发明的目的是针对现有搅拌摩擦焊加工过程中不能实时得到弧形纹间距进而影响搅拌摩擦焊成形机理研究的问题，发明一种能实时监测弧形纹间距的搅拌摩擦焊弧形纹间距的图像识别方法。 

本发明的技术方案是： 

一种搅拌摩擦焊弧形纹间距的图像识别方法，其特征是它包括弧形纹图像的获取、图像的二值化处理、图像的二值化后处理、垂直条纹截取和弧形纹间距的确定； 

（1）弧形纹图像的获取是指对搅拌摩擦焊表面弧形纹进行图像采集时，以相对于弧形纹表面夹角小于90度的入射的光源为图像采集用光源； 

（2）弧形纹图像的二值化包括： 

第一步：对所采集到的彩色图像首先进行灰度化；灰度化图像在二值化之前先进行滤波处理； 

第二步：灰度图像的二值化；对于滤波后的灰度图像选择双峰间的谷底处的亮度值作为二值化的阈值； 

（3）图像的二值化后处理，包括以下步骤： 

第一步：孤立点去除；在图像二值化过程中，由于灰度图像中的噪点的存在使得二值化后的黑白图像中会有与条纹分离的孤立点的存在，鉴于孤立点的面积与条纹面积有着非常大的差距，所以采用连通域面积检测的方法去除孤立点：选择图片高度方向上的像素数作为连通域的“阈值”，当连通域像素数小于等于此“阈值”时删除此连通域，而大于此“阈值”的连通域则予以保留； 

第二步：条纹内缺陷去除；在二值化过程中条纹内部某些区域像素没有转为“1”值所形成的内部空洞区域称为条纹内部缺陷；通过对比，暗纹区域与缺陷区域最显著的特点即在长度上，暗纹区域的长度等于图片的高度，而缺陷区域的长度则远小于此值，因此选取一个接近于暗纹区域长度的比较值，在操作时首先对原二值图像取反，使需要进行处理的“0”值点转化为“1”值以便进行处理，然后运用连通域检测的方法对图像中所有连通域进行检测并删除长度小于比较值的连通域，删除完成后再对图像进行取反操作，如此则能完全的删除条纹中的缺陷区域； 

第三部：残缺条纹去除；残缺条纹是由于图像的局限性在图像左右两侧的边缘产生的不完整的条纹，在计算弧形纹间距时若所计算的图像数据中包含了这些残缺条纹则会对计算结果有影响；这些残缺条纹的共同特点是与图像的左右两侧边缘相接触，针对此特点采用连通域的方法通过检测在图像左侧边缘，即第一列像素，以及右侧边缘，即最后一列像素中出现的连通域，这些连通域即为有残缺的条纹，为了防止在前续图像处理过程中有可能出现的条纹与图像边缘产生剥离，在检测图像边缘连通域时选择三列像素的宽度，这样既不影响内部完整条纹也能有效降低残缺条纹去除的失误率； 

（4）垂直条纹截取，包括以下步骤： 

对于处理后的二值图像，由于弧形纹的弧度所以在图像中弧形纹上的不同点的半径与图像的水平方向夹角不同；为了便于计算则需要找到半径与水平方向平行的点，即切线垂直的点，位于此点水平线上的条纹由于半径与水平方向垂直，所以图像中亮纹中心的水平间距即为弧形纹的间距； 

对于此点的寻找采用图像矩阵列向量搜索的方法；因为此点的切线与图像的垂直方 向平行，所以从左向右对图像的每一列像素即二值图像矩阵的列向量进行搜索当出非全零的列向量时，则说明此列向量的坐标即为左侧第一条条纹的垂直切线的位置；由于默认采用从左向右搜索的次序适用于左凸的条纹，所以对于右凸的条纹则需要对图像水平翻转再进行检测；